新型钢-混凝土组合梁抗剪性能试验

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发布时间：2021-09-03

资料介绍

新型钢一混凝土组合梁抗剪性能试验
张兴虎，徐靖，姜维山
(西安建筑科技大学土木工程学院，陕西西安 710055)
摘要：提出了一种新型钢一混凝土组合梁，即取消传统钢一混凝土组合梁钢部件的上翼缘，在腹板上
开洞，并在混凝土翼板中布置蛇形钢筋；对3根不同剪跨比的新型钢一混凝土组合梁的抗剪性能进
行了试验研究，并与1根普通栓钉组合梁进行了对比；分析了剪跨比对新型钢一混凝土组合梁的破
坏形态、变形能力及抗剪承载力的影响，并对新型组合梁的破坏机理和受力特点进行了详细阐述。
结果表明：新型钢一混凝土组合梁相对于栓钉组合梁具有较高的抗剪承载力和变形能力。
关键词：新型钢一混凝土组合梁；剪跨比；抗剪性能；承载力；栓钉组合梁
中图分类号：TU392．1 文献标志码：A
Experiment on Shear Resistance Behavior of New
Steel—concrete Com posite Beams
ZHANG Xing—hu，XU Jing，JIANG W ei—shan
(School of Civil Engineering，Xi’an University of Architecture and Technology，Xi’an 710055，Shaanxi，China)
Abstract：A new steel—concrete composite beam was proposed． The upper flange of steel parts
was canceled，and the web with opening was designed，and also serpentine steel bars in concrete
flange were laid out．Three steel—concrete composite beams with different shear span ratios were
tested to investigate their shear resistance behaviors，and the test results were compared with one
ordinary stud composite beams． The influences of shear span ratios on the failure mode，
distortion capacity and shear capacity of new steel—concrete composite beams were analyzed，then
the failure mechanism and force characteristics were discussed in detail．The results show that the
shear capacity and distortion capacity of new steel—concrete com posite beams are superior to
ordinary stud com posite beams．
Key words：new steel—concrete composite beam ；shear span ratio；shear resistance behavior；bear—
ing capacity：stud composite beam
引目
钢一混凝土组合梁结构是由混凝土翼板与钢梁
通过剪力连接件组合成整体而共同工作的一种梁结
构。组合梁充分利用了钢材和混凝土各自的材料性
能，具有承载力高、延性好、刚度大、抗冲击、抗疲劳
性能好、构件截面尺寸小及自重轻等优点，其受
力优势主要体现在组合作用上，组合作用的大小是
由组合梁中的关键构件—— 剪力连接件决定的。
本文中的新型钢一混凝土组合梁实际上就是一
种新型剪力连接件——PBL剪力键 ]，PBL剪力键
的基本形式是在钢板上开孔后浇注混凝土，利用穿
过孑L中的混凝土榫来抵抗剪力流，若在钢板孔中穿
受力钢筋可以进一步提高其承载力。由组合梁的受
收稿日期：2009—11-20
作者简介：张兴虎(1956)，男，陕西凤翔人，教授级高级工程师，E—mail：zhangxhsh~r@xauat．edu．cn。
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98 建筑科学与工程学报 2010血
力特点可知：传统组合梁钢梁上翼缘的主要作用是
提供施工时的稳定并为剪力连接件提供安装位置；
而在正常工作时由于组合梁中性轴与钢梁上翼缘很
接近，钢梁上翼缘对组合截面的纵向强度和刚度作
用很小。本文中综合考虑了多种影响因素，取消了
钢梁的上翼缘，腹板加高直接伸至混凝土翼板中，并
在伸入混凝土翼板的腹板部分开圆孔，插入贯通钢
筋，在圆孔上方布置蛇形钢筋，蛇形钢筋的构造和施
焊要求与普通弯筋连接件类似，只是其弯起段长度
较小。蛇形钢筋的布置可减小应力集中，增强连接
的可靠性，扩大混凝土的受力范围。
1 试验概况
1．1 试件设计与制作
设计了3根新型钢一混凝土组合梁，编号为
SCB一2～SCB-4，同时还设计了1根普通栓钉组合
梁，编号为SCB一1。各试验梁的截面尺寸相同，新型
钢一混凝土组合梁的变化参数为剪跨比。组合梁截
面高度h为250 mm，其他设计参数见表1。
表1 试验梁设计参数
Tab．1 Design Parameters of Test Beams
试验梁编号 be／mm hf／ram 6／Nlm L／mri1
SC 1 2．O 500 1O0 5OO 1 0OO 2 OOO
SCB．2 1．5 5OO 10O 375 l 25O 2 OOO
SCB．3 2．O 5O0 1O0 5OO 1 OOO 2 000
SCB 4 2．5 50O 1OO 625 750 2 0O0
注：为剪跨比；b 为混凝土翼板宽度；hf为混凝土翼板厚度；n
为剪跨段长度；b为纯弯段长度；L为组合梁净跨。
试验梁的基本构造：}昆凝土强度等级为C3o，钢
梁均为Q235钢板焊接而成，翼缘宽度为150 mm，
厚度为8 mm，腹板厚度为5 mm。试验梁SCB一1为
工字型截面，试验梁SCB-2～SCB 4为倒T型截面。
纵向分布的钢筋和箍筋分别为010和06盘条钢
筋。试验梁SCB一1按完全抗剪连接设计，栓钉双排
布置，横向间距取100 mm，共28个，弯剪段间距为
125 mm，纯弯段问距为200 mm。试验梁SCB一2～
SCB一4的钢构件见图1，开孔板孔径为30 rflm，蛇形
钢筋、贯通钢筋均为O16，蛇形钢筋两面对焊。本文
中笔者主要研究组合梁的抗剪性能，剪跨段箍筋间
距取100 mm，纯弯段箍筋间距取50 mm。试验梁截
面见图2。
1．2 加载方式及测试方案
1．2．1 加载方式
使用5 000 kN压力试验机和荷载分配梁系统，
通过分配梁对梁跨施加两点对称集中荷载，以便在
图1 新型试验梁的钢构件
Fig．1 Steel M embers of New Test Beams
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fa1 试验梁SCB一1
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图2 试验梁截面(单位：mm)
Fig．2 Sections of Test Beams(Unit：mm)
跨中形成纯弯段。荷载数值由试验机读出，每级荷
载为预估极限承载力的10 ，当达到屈服荷载的
8O 之后，减小每级荷载的大小。试验加载见图3，
其中，P为荷载。
1．2．2 测试内容及方法
试验测试内容包括：试验梁在各级荷载下的跨
中挠度，试验梁跨中钢梁腹板、翼缘和混凝土翼板在
各级荷载下的应变。图4为典型测点布置，其中截
面2-2为加载点截面，截面3-3为跨中截面。在梁
跨的下翼缘底部布置百分表，测量在荷载作用下试
验梁的跨中挠度，百分表的读数通过TDS-602型数
据自动记录仪采集。试验梁不同材料位置的应变测
量采用的应变片种类不同，钢梁翼缘和纯弯段腹板
的应变测点采用电阻应变片，混凝土测点采用混凝
土电阻应变片，应变片读数均通过TDS-602型数据